Modul IX [PDF]

Citation preview

MODUL PERKULIAHAN



REKAYASA HIDROLOGI Modul 9 :



9. Pengukuran Debit Sungai 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5.



‘13



Pengertian Umum Perhitungan Debit atas Dasar Pengukuran Perolehan Luas Penampang Basah Perolehan Kecepatan Daftar Pustaka



Fakultas



Program Studi



Tatap Muka



Teknik Sipil dan Perencanaan



Program Studi Teknik Sipil



09



Kode MK



Disusun Oleh



11024EL



Ir. Hadi Susilo. MM



Abstract



Kompetensi



Memberikan gambaran umum tentang definisi dan pengertian pengukuran debit aliran air sungai, parameter yang mempengaruhi dan metode pengukuran debit sungai yang digunakan, di dalam bab ini diuraikan metode dan pengukuran dengan contoh prinsip-prinsip utama, rencana lokasi



Mahasiswa mampu menjelaskan pengertian dan tujuan pengukuran debit sungai di suatu lokasi sungai dan dapat memilih cara-cara perhitungan yang sesuai dengan tujuannya dan dapat memanfaatkan hasil perhitungan untuk kepentingan



1



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



pengukuran debit dan pemanfaatan hasil perhitungan.



perhitungan tahapan selanjutnya.



URUSAN TEKNIK SIPIL FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN UNIVERSITAS MERCU BUANA Mata Kuliah : Rekayasa Hidrologi Modul No. 9 : Pengukuran Debit Sungai 9. Pengukuran Debit Air Sungai 9.1.



Umum Dari hujan yang jatuh, sebagian langsung menguap kembali, sebagian meresap ke dalam tanah dan dari sebagian yang mengalir melalui permukaan bumi, dari bagian yang tinggi ke bagian yang permukaan tanah yang lebih rendah, ada sebagian kecil tertahan dalam rawa sebagai air retensi dan selebihnya yang merupakan bagian yang besar, mengalir melalui palung sungai menuju ke laut. Pengetahuan banyaknya air yang mengalir (debit) dalam sungai ini adalah sangat penting, baik yang mengalir terus menerus maupun yang mengalir berkala (banjirbanjir tinggi). Pengetahuan mengenai debit ini dipakai melalui pengukuran dalam palung sungai dan dengan cara perhitungan berdasarkan atas besarnya curah hujan yang jauh. Di dalam bab ini terutama diuraikan perhitungan debit air sungai berdasarkan pengukuran pada palung sungai.



9.2.



Perhitungan Debit atas Dasar Pengukuran Mengingat bentuk palung dan alur sungai yang berubah-ubah, maka dalam pemilihan lokasi pengukuran debit harus dipertimbangkan pengaruh pola aliran dalam palung sungai. Untuk itu perlu diperhatikan kriteria pemilihan lokasi pengukuran debit sungai diantaranya adalah :     



Bentuk penampang sungai stabil Pola aliran air sungai dipilih yang stabil/aliran laminar Bentuk alur sungai lurus Mudah untuk penempatan alat ukur Mudah dijangkau oleh petugas/pencatat alat ukur debit



Besarnya debit dihitung menurut rumus : Q = F x V Q = debit (m3/det) ‘13



2



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



F = luas penampang basah (m2) V = kecepatan rata-rata (m/det) Untuk mendapatkan debit aliran (Q), perlu diketahui luas penampang basah (F), yang bisa diusahakan dengan pengukuran, sedang kecepatan aliran rata-rata (V) bisa didapat dari perumusan atau pengukuran. 9.3.



Perolehan Luas Penampang Basah Untuk keperluan perhitungan debit Q dibutuhkan pengukuran penampang basah, pelaksanaan perolehan luas penampang basah dapat dilakukan dengan melaksanakan pengukuran dibagi dalam dua bagian ialah pengukuran tampangnya dan pengukuran tinggi permukaan air. a. Pengukuran tampang bisa dikerjakan dengan memakai alat ukur teodolit, sebaiknya pada keadaan air yang rendah agar bak-bak dengan mudah dan baik, bisa ditempatkan. Pengukuran luas penampang dapat dilakukan dengan membagi pias-pias pada bentang lebar sungai untuk mendapatkan ketelitian yang lebih akurat (Gambar No. 9.1) b. Letak tinggi permukaan air bisa dijalankan dengan : 1. Menempatkan tongkat duga dengan sungai, umumnya ini terdiri atas tiang yang dipancangkan dalam dasar dan untuk pendugaan maka papan ukur ditempatkan pada tiang (Gambar No. 9.2). 2. Kalau ada bangunan papan ukur bisa ditempatkan pada tembok bangunan (Gambar No. 9.3). 3. Tongkat ukur bisa digantikan dengan menurap tebing sungai, turap diplester halus dan diberi garis-garis merah hitam yang menunjukkan tinggi permukaan air.



Gambar 9.4 adalah ikhtisar pencatat tinggi permukaan otomatis, yang terdiri atas pipa dibawah diberi lubang-lubang; dalam pipa ditempatkan pelampung yang naik turunnya air sungai. Gerakan pelampung ini kemudian diteruskan ke alat pencatat otomatis. Dengan pengukuran tampang dan pengukuran tinggi permukaan air dapat ditentukan luas basah tampang.



‘13



3



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



9.4.



Perolehan Kecepatan Perolehan kecepatan rata-rata bisa ditentukan dengan memakai perumusan atau dengan mengadakan langsung kecepatan dalam sungai. Dengan Memakai Perumusan



‘13



4



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



a. Chezy X C



RI



x = kecepatan rata-rata R = jari-jari hidrolis I = miring dasar sungai C = koefisien, kalau dipakai Basin maka :



C=



87  1 R



 = koefisien kekerasan dinding b. Strickler : V



=kR



2 1 I 3 2



untuk koefisien k, besarannya dipengaruhi oleh bahan dan tingkat kekasaran dinding dari penampang sungai/saluran dan sudah mempunyai nilai tertentu berdasarkan hasil impiris. c. Hermanek V



=k



hI



k = f (h) untuk : h < 1,50 m – k = 30,7 150 < h < 6 m – k = 34  h h > 6 m – k = (50,2 + ½ h) d. Groger Rumus Groger berlaku untuk Bminimum = 10 m h=



F B



Iminimum = 0,005 0,2 < h < 2 m



‘13



5



V



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



= 23,781 h0,776 I0,458



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



h>2m



V



= 22,11 h0,58 I0,43



Pengukuran Kecepatan Untuk mendapatkan data-data mengenai kecepatan diadakan pengukuran dengan memakai alat pengukur kecepatan (current meter), misalnya dengan current meter ”peddle whell”, ”woltman”, ”A.O.T.T.”, ”PRICE”. Semua alat pengukur ini terdiri atas benda yang kalau diletakkan dalam air akan berputar karena pengaruh kecepatan. Benda ini bisa berupa roda (peddle wheelGambar No. 9.5) baling-baling (woltmann dan AAOTT-Gambar No. 9.6) dan kerucutkerucut kecil yang berputar mendatar (price-Gambar 9.7).



‘13



6



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Alat pengukur ini mempunyai perumusan umum : V=C



n + C1 t



C = besarnya yang tergantung pada jenis alatnya, untuk AOTT lain daripada untuk Price n = banyaknya putaran dalam waktu t detik t = waktu pengamatan C1 = korelasi, tiap-tiap alat mempunyai harganya sendiri-sendiri. Perlengkapan elektronis memberi tanda bila telah terjadi satu putaran atau 5, bahkan ada yang baru sepuluh putaran memberi tanda. Gambar No. 9.8 Garis Kontur Kecepatan Aliran Diketahui ialah, bahwa kecepatan airnya dalam-dalam satu tampang adalah titik sama, sedang untuk menentukan Q = F x V, dibutuhkan adanya data mengenai kecepatan rata-rata.



Sehubungan dengan ini, maka sebaiknya untuk perhitungan Q, penampang dibagi lajuran; tiap-tiap lajur ditentukan kecepatan rata-rata dan dihitung debitnya tiap lajur. Debit sungai adalah sama dengan jumlahnya debit lajur. Untuk tiap lajur diadakan dua kali pengukuran kecepatan atau lebih pada tempat-tempat, yang tidak sama. Sebagai pedoman bisa diambil, dengan mengambil d sebagai kedalaman, diukur ialah pada garis tegak tiap lajur 0,2 d dan 0,8 d dari permukaan air, karena menurut percobaan kecepatan rata-rata letak antara 0,2 d dan 0,8 d, kadang-kadang diambil pula dari permukaan air. (Gambar No. 9.9) Contoh Perhitungan Debit Jembatan



Gambar No. 9.9 ‘13



7



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Untuk memudahkan perhitungan sebaiknya lebar jalur diambil sama dan satu debit jalur tidak melebihi 10% debit sungai. Gambar No. 9.11. menunjukkan ikhtisar secara melaksanakan pengukuran dan daftar no. 9.1. Menunjukan perhitungan debit sesuai dengan uraian diatas. Titik pengukuran Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Gambar No. 9.10. Pembagian panjang jalur pengukuran



Daftar No. 9.1 Chezy (Bazin) No patok I II III IV V



Jarak antar patok (m) 50 50 50 50



F (m2) 52 59 53 54 53



 (m) 23 25 22 23 22



200



271



115



Frata  2 



271  54,2 m 2 5



R



54,2  2,356 m 23



 rata  2 



115  23 m 5



I



54,32  54,14  0,0009 200



C 1



87 1,75



 40,65



V  X C



Muka air + 54,32 + 54,26 + 54,23 + 5418 + 54,14



R.I



2,356



V  40,65 x



2,356 x 0,0009  1,87 m / d



Q = 54,2 x 1,87 = 101,5 m3 / d Tabel No. 9.2 ‘13



8



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Groger : No Patok



Jarak antara patok (m)



I



F (m2)



B (m)



h=



52



19,5



59



19



53



19,3



2,75



54



19,2



2,81



54



19



2,84



50 IV 50 V



hrata-rata



0,0012



55,6



2,88



0,0006



56



2,93



0,0010



53,5



2,78



0,0008



54



2,83



3,10



50 III



Frata-rata



2,69



50 II



I



F (m) B



h>2m V = 22,11 h0,38 I0,43 Q=FxV Q



Q1  Q2  Q3  Q4 142,36  76,72  88,97  82,6  4 4



= 121,43 m3 / d Dengan Memakai Pengukuran V (kecepatan)



= titik pangkal = titik pengukuran Gambar No. 9.11 ‘13



9



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Titik Penempatan



Rata-rata bagian tegak



Luas (m2)



Debit m3 / d



3



Waktu (detik)



10



Putaran



0



Titik Penempatan



Lebar (m)



7



Dalam air (m)



pankalJarak dari titik



Tabel No. 9.3. Perhitungan Debit dengan Pengukuran



10



20



1,00



1,00



2,70



19 34



20 40



1,90 1,70



1,80



10,65



2 2,70 19,17



2,20



15,00



33,00



24 20 25 46 56 11 20 36 10



20 20 20 40 40 20 20 40 20



2,40 2,00 2,50 2,30 2,40 2,20 2,00 1,80 1,00



2,40



11,20



26,88



2,30



15,60



35,88



1,90



11,70



22,23



1,-



3,00



3,00



Q=



141,86



0,60 1,80



16



3



5



18



2



5,60



21



3



5,20



24



3



3,90



0,20 0,80 0,20 0,80 0,20 0,80 0,20 0,80 0,20 0,80



26



3



2,00



0,60



13



3



3,55



Sebagai contoh : Grafik/Gambar No. 9.13 Menunjukkan jalannya permukaan Bengawan Solo di Babat (Lamongan) dari tahun 1974. Pengukuran kecepatan bisa pula dijalankan dengan pengapungan. Daftar No. 9.5. Menunjukkan jalannya debit rata-rata harian B. Solo di Palangwot, Pacitan dari tahun 1965. Grafik/Gambar No. 9.14. memperlihatkan jalannya debit K. Brantas di Jabon Mojokerto tahun 1974. Angka dalam daftar tersebut dalam Daftar No. 9.5. asal dari pengukuran kecepatan, tetapi hanya sampai batas tertentu saja ialah hanya sampai Q = 733,50 m 3/d, sedang tahun itu maksimum Q = 922 m3/d. Diatas Q = 733,50 m3/d angka-angka debit didapat dengan extrapolasi. Memang dalam penentuan debit umumnya diambil batas tertentu, diatas batas ini debit didapat dengan extrapolasi (tidak dengan mengukur kecepatan), satu sama lain karena pada waktu banjir air adalah dalam dan kecepatan adalah besar, hingga sukarlah mengusahakan pemakaian current meter. Sebagai contoh :



‘13



10



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Tabel No. 9.4. Nama sungai B. SOLO di Bojonegoro (1965) K. BRANTAS di Poh Gajih (1965) K. KONTO di Kedungrejo (1965) B. SOLO di Kedunggareng Solo (1966)



Batas Q diukur pakai current meter 1042 m3/d 240 m3/d 9,85 m3/d 51,125 m3/d



Qmaksimum 2197 810 32,5 4300



m3/d m3/d m3/d m3/d



BENGAWAN SOLO – PELANGWOT Karesidenan Bojonegoro Kabupaten : Pacitan Tempat : + 18 km disebelah hilir dari Barat H : + 10 m F : 4484.8 km2



‘13



11



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Kawedanan : Laren Desa : Pelangwot T : 1/1-60 – 1/1-66 R : Duga papan Pemb. 6 x sehari



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



D A F TA R No. 9.5



A L I R A N R AT A - R ATA TIAP HARI DAR1 TA H U N 1965 DI B E N G A WA N SOLO



Bulan



I



tanggal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10



398.5 558.5 721.7 728.2 676.2 664.5 593.0 543.5 492.8 464.0



760.0 579.5 509.8 471.2 486.4 833.1 830.1 796.6 719.1 636.6



704.8 579.5 509.6 471.2 486.4 609.9 626.8 604.7 551.0 542.8



449.9 549.5 745.6 809.2 754.0 733.4 687.9 738.4 764.8 772.6



107 111 131 128.4 139.0 145.0 129.2 141 129.2 129.8



163.6 179.8 206.8 163.6 181.6 173.6 151.0 114.8 116.6 107



119.4 113 103 109 116.6 92.2 64.0 97.6 97.6 95.8



54 48 40 42 10.9 23.5 38.0 36.0 44.0 38



II



522.5



624.2



527.0



767.2



131



122



123.8



52



12 13 14 15



564.5 581.0 531.5 524.0



632.0 564.5 542.0 663.2



475.0 578.0 769.0 829.6



639.8 566.0 484.8 466.4



139 107 101.2 103.9



114.8 135 145 126.5



92.2 70.8 56 50



50 40 21 21



16



624.2



676.2



863.9



467.2



123.8



135



52.0



26



17 18 19 20



643.7 643.7 664.5 612.5



669.7 689.8 697.0 720.4



673.8 860.1 816.4 849.6



467.2 421.4 352.4 312.0



114.8 92.2 122.9 120.2



131 125.6 109 109



64.0 70.8 56 50



26 21 21 16



21 22 23 24 25



569.0 567.5 663.5 643.7 581.0



767.2 698.3 613.8 542.7 614.1



855.1 833.1 800.2 716.5 611.8



286.8 259.0 250.0 181.6 177.1



123.8 114.8 107 147 179.8



99.4 94.0 74.0 94.0 107.0



5 85 64 60 64



13.5 18.4 44.0 52.0 62.0



26



558.5



736.0



567.5



170.8



167.2



123.8



70.8



30.0



27 28 29 30 31 Rata-rata Terbesar



647.6 733.4 681.4 637.2 672.3 603.4 733.4



752.8 767.2 702.0 833.1



549.5 491.6 393.4 322.7 308.4 717.5 873.8



160.0 147.0 118.4 113.0 505.4 8092



131 109 114.8 137 141 126.2 179 . 8



116.6 122 122 127.7 130.7 200.8



69.2 67.6 66.0 66.0 56 80.2 119.4



36.0 36.0 23.5 0.80 0.40 31.8 62 . n



Terkecil



398.5



542.0



308.4



113.0



1012



74.0



50.0



0.4



‘13



12



2



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



3



4



5



6



7



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



8



9 5.8 0 0 8.4 0.4



10 0 0 0 10.9 16



11 0 0 0 0.4 0.4



12 170.8 257.2 330.8 299.4 208



18.4 8.4 13.4 21.0 28.0



0.60 0.40 5.84 0.40 3.32



0.2 0 0 0 0.8



88.6 85.0 80.6 86.8 274



10.9 23.5 0.40 0.20 0



0 0 0 0 0



0 0 0.6 10.9 3.3



365.8 382.8 395.1 334.5 476.8



0 0 0 0.30 3.30



0 0 0 3.32 18.4



10.9 3.3 10.9 44 52



584.0 569.0 296.9 566.0 462.4



18.4 34.0 30 32 26



8.4 0.2 0.2 0 0



0 3.3 0 13.4 44



384.8 262.2 512.4 757.4 785.2



10.9 0.80 0 0 0 9.8 34.0 0



0 0 0 0 0 0 3.9 18.4 0



60 48 78.4 80.6 72 17.9 80.6 0



739.6 690.5 622.9 2.0 276.5 481.6 397.7 785.2 80.6



M.a.t tgl



17/3/65 6/2/65 4/4/65 M.a.t.t. 4/3/65 M.a.t.r. bulan Oktober ‘13



13



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



M.a.



4.60 m 4.23 4.05 m M.a.5.00 m



Q : 876 m3/detik 835 m3/detik 814 m3/detik Q : 922 m3/detik 0 (tidak ada aliran)



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



Tanda 0 berarti, ada air dalam sungai, hingga tidak ada aliran, m.a disungai lebih rendah dari pada m.a laut. Lengkung banyaknya aliran (afvoerkromme) ditetapkan dengan pengukuran aliran hingga 733.50 m3/detik., lebih dari itu dengan extrapolasi. Beberapa Tanggapan Penentuan besarnya debit dengan cara tersebut diatas, mengalami kesukaran buat sungai yang ada dalam pegunungan dimana aliran air adalah sangat liar. Dalam keadaan demikian bisa antara lain cara kimia. Di tempat tertentu misalnya dititik A dituangkan dalam sungai air garam dengan konsentrasi tertentu secara kontinu, pada titik B yang letaknya di bawahnya ditentukan kadar garamnya dengan jalan manitrir. Kalau pada beberapa tempat dititik B dengan jalan manitrir kadar garamnya telah menunjukan harga sama, maka di tempat itu telah merata garamnya, hingga bisa dirumuskan : Qk0 + qk1 = (Q + q) k2 k1 – k2 -Q=q k1 – k0 Q = debit sungai q = banyaknya air garam yang dituangkan k1 = banyaknya garam dalam larutan k2 = konsentrasi larutan setelah tercampur k0 = konsentrasi larutan air sungai (asli) Untuk sungai dimana ada bangunan misalnya penumpah (bendung bibit bisa ditentukan dengan perantaraan bangunan yang ada ini). Meskipun debit sungai bisa dihitung dengan perumusan Chezy, Strikler, Hermanek, Groger, akan tetapi profil sungai adalah kurang teratur keadaannya, hingga hal ini membawa akibat debit yang dihitung dianggap kurang dapat memuaskan dan masih perlu diadakan penentuan debit dengan jalan memakai pengukuran kecepatan, lebihlebih kalau dikehendaki data-data yang lebih teliti untuk keperluan perencanaan proyek.



‘13



14



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



‘13



15



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



‘13



16



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id



9.5.



Istilah-istilah Papan Duga Air (Peil Scale) Automatic Water Level Rading/Pencatat tinggi muka air sungai otomatis (AWLR). Koefisien kekasaran dinding. Pengukuran hasil extrapolasi Current meter Garis kontur kecepatan aliran air



9.6.



Soal Latihan 1. Jelaskan kriteria pemilihan penempatan lokasi pemasangan alat ukur tinggi muka air sungai dan sebutkan jenis alat ukur yang digunakan. 2. Jelaskan metode pengukuran luas penampang rata-rata suatu sungai yang saudara ketahui dan berikan contoh dan sketch. 3. Jelaskan metode pengukuran kecepatan rata-rata aliran pada suatu penampang sungai dan berikan sketch pola pembagian kecepatannya. 4. Bila diketahui luas penampang sungai hasil pengukuran di lapangan adalah 35 m2 dan kecepatan rata-rata aliran sungai pada penampang yang sama adalah sebesar 1,2 m/det. Hitung besar debit aliran sungai yang terjadi. Apabila koefisien kekasaran dinding penampang basah dipertimbangkan sesuai dengan hasil pengamatan Strickler sebesar 40, berapa besar debit aliran sungai yang terjadi.



9.7.



Referensi 1. Standar Perencanaan Irigasi, Kriteria Perencanaan, KP-01 sd KP-07 2. Hidrologi Untuk Pengairan, Ir. Suyono Sosrodarsono dan Kensaku Takeda, PT. Pradnya Paramita, Jakarta , 1976. 3. Hidrologi Teknik, Ir. CD Soemarto, Dipl, HE 4. Hydrologi for Engineers, Ray K. Linsley Ir. Max. A. Kohler, Joseph 1.11. Apaulhus. Mc.grawhill, 1986. 5. Mengenal dasar dasar hidrologi, Ir. Joice martha, h. Wanny Adidarma Dipl.It Nova, Bandung. 6. Hidrologi & Pemakaiannya, jilid 1, Prof Ir. Soemadyo, diktat kuliah ITS. 1976. 7. Irigasi dan Bangunan Air, Ir. Agus Suroso. MT. 8. Rekayasa Hidrologi, Ir. Hadi susilo. MM 9. Pengembangan Sumber Daya Air, Ir. Hadi Susilo. MM 10. Mekanika Fluida/Hidrolika, Ir. Hadi Susilo. MM



‘13



17



Rekayasa Hidrologi Ir.Hadi Susilo



Pusat Bahan Ajar dan eLearning http://www.mercubuana.ac.id